Uniwersytet utworzony w 1632 przez króla Szwecji Gustawa Adolfa jako Universitas Gustaviana, powstał na fundamentach jezuickiego Gymnasium Dorpatense, utworzonego przez Stefana Batorego w 1583, istniejącego do 1601. Po krótkiej przerwie w czasie II wojny północnej uczelnia została reaktywowana w 1690 przez króla Szwecji Karola XI pod nazwą Universitas Gustaviana-Carolina. Później uniwersytet został przeniesiony do Parnawy. W 1802 na rozkaz cara Rosji Aleksandra I uczelnia powróciła do Dorpatu (współcześnie Tartu) jako Cesarea Universitas Dorpatiensis, gdzie działa do dziś. W latach 1898-1918 miała nazwę Uniwersytet Jurjewski (w związku z przemianowaniem Dorpatu na Jurjew). Językiem wykładowym uczelni był niemiecki, zaś od 1882 zaczęła się rusyfikacja przedmiotów, ostatecznie weszła ona w życie do 1898. Od 1919 do dziś językiem wykładowym jest estoński, choć w okresie okupacji sowieckiej, część przedmiotów wykładano po rosyjsku.

Uniwersytet Dorpacki zarówno pod rządami szwedzkimi, jak i przez większość okresu rządów carskich posiadał dużą autonomię w zakresie doboru kadr i kształcenia, a nawet utrzymywania policji uczelnianej, zastępującej w znacznym stopniu policję carską. Był też jedyną na terenie państwa rosyjskiego uczelnią kształcącą teologów (w tym pastorów) protestanckich. Od 1831, w związku z likwidacją przez władze carskie Uniwersytetu Wileńskiego i Uniwersytetu Warszawskiego, stał się głównym miejscem studiów Polaków z zaboru rosyjskiego, zarówno ze względu na przychylne Polakom stanowisko władz uczelni, jak i na opinię o wysokim poziomie kształcenia.

W czasach radzieckich Uniwersytet znany był przede wszystkim jako ośrodek radzieckiej myśli semiotycznej (tartuska szkoła semiotyki kultury).